机械波、牵伸波波谱分析和疵病原因寻找方法和计算实例

《电容式条干仪波谱分析实用手册》，肖国兰，PDF。http://www.cuzhiwang.com/thread-5511-1-1.html

一、机械性周期波分析

) e" T$ x- V7 i! ^4 y对于非连续性烟囱形波谱振幅高峰，其原因是属于机械性缺陷所致。其分析方法有计算法和测速法两种。计算法一般适用于已事先估计到机械缺陷所在部位，用计算法仅为加以验证；测速法则能准确迅速地确定机械缺陷所在，故应用较为广泛。
1.计算法
+ H$ B( i' n/ c5 k: L4 q在应用计算法之前，必须了解缺陷所在机器的机械传动图、各列罗拉直径以及牵伸倍数等工艺参数。假定怀疑某一机件发生了故障，并由此引起纱条周期性不匀，然后计算其周期波波长。
# P# n: i; k% }) P& m; S1 w6 F- K/ y波长计算应首先考虑两点。一是计算的针对性强，不同机型的传动系统不同，纺不同线密度纱其配备的牵伸倍数不同，因而理论波长计算值也不同。应根据具体机型、具体品种进行具体分析。二是能计算出理论波长的部件主要是回转件，对于牵伸部分的固定件如摇架、销子、集合器等部件的缺陷就没有算法可循。其次，还应注意到波谱分析的复杂性，如实际波长的偏移、某些波长很相近、谐波对主波的干扰以及隐波（潜在性不匀）等。
①罗拉、胶辊（或胶圈）缺陷形成的周期波波长λ₁和牵伸齿轮缺陷形成的周期波λ₂，前面已介绍过。
②牵伸齿轮啮合过紧或啮合轴线不平行，胶圈张力过紧等易产生罗拉扭振而导致隐波，其波长如下。
" Q. |& }, S) g! F, {. N& q  }5 ^λ₃=i·π·d/Z
式中：λ₃——隐波波长，cm；
0 u6 d: b/ L- H% e# e- bi——导致隐波的机械部件至输出罗拉的传动比；
d——输出罗拉直径，cm；
/ I7 N. R8 W) f. S+ y' v5 wZ——故障齿轮齿数。
③牵伸装置中下罗拉沟槽不良会使纱条被牵引时发生顿跳现象，使纤维按沟槽的宽度产生周期性的累积，这种情况一般不易直接察觉。当纤维拥积集束现象比较严重时，也只能形成隐性的周期不匀。但这种纱条在经下一次牵伸作用时，由于这种纤维集束不易被牵伸作用解开，因而会在纱条上产生显著的周期不匀。下罗拉沟槽不良产生的隐波波长如下。
9 N/ |0 R; y0 b9 g& _( ^λ₄=t·E
式中:λ₄——隐波波长，cm；
. _: ]5 ?+ X# h9 xt——罗拉沟槽节距，cm；
E——有疵病沟槽罗拉至输出罗拉的牵伸倍数。

) [$ `) g: Q2 ?- E$ [( {! K例：  
; d$ D( u! S1 r' K某厂多台FA305C型并条机双眼输出的棉条，其波谱图上均发现在1m处出现明显的机械波。并条机的总牵伸倍数为8.5倍，胶辊直径为38mm。试分析产生机械波的原因。
分析：该机采用气动加压摇架，多台并条机共用一套气源。因此怀疑故障是由于后胶辊加压过大变形所致。
, z  I" q, H1 d% M/ rλ=π·d·E=3.14×38/10×8.5=101.4cm≈1m
; \& }: l2 M+ F( ~* n1 f0 @/ w将气压适当调低后，波谱图上1m处的机械波消失，输出的棉条正常了。

, _. I+ ]9 r/ ]3 a9 K例：
1 ?. }' f% b" y2 E: t4 @FA506型细纱机纺制CJ13tex细纱，发现同一组的6锭细纱的波谱图在1.9m处出现明显机械波，但是细纱条干（CV值=12.7%）没有明显的影响。已知细纱机的总牵伸倍数为29.63倍，后区牵伸倍数为1.19倍，罗拉和胶辊直径均是25mm。试分析产生机械波的原因。
假设故障源自细纱机的该组中罗拉疵病，则中罗拉缺陷产生的周期波波长如下。
2 o+ f" y  r/ V' W! S4 _λ=π·d·E=3.14×2.5×29.63/1.19=195.46cm≈1.9m
: E9 _( o9 |9 }0 t+ d它与波谱图上1.9m机械波相近，故可认为中罗拉有疵病。经检查发现中罗拉偏心，经过校正这段中罗拉后，此机械波消失。
# }; k: |$ n. \/ {

1 J# A0 y, T: C% ^# c8 E6 L8 V6 C( C

CJ13tex纱波谱图

例：

FA311型并条机加工棉条时，所有同机型的熟条其波谱图上在1cm处都出现机械波。试分析产生机械波的原因。
经查明是输出压辊（51mm）的沟槽（16条沟槽）对棉条的施压形成压痕，导致其每转1周使输出棉条上出现16次的粗细不匀。
λ4=π×51/(16×10)=1cm
, X* X, H; P! r, w7 B' d& d对于等长化纤的特殊机械波位置判定，仅依靠计算方法判断而不结合具体的推断和验证是不利于问题的解决，有时还会多走弯路。

2.测速法
测速法是判断机械性周期波最简易的方法，它应用测速表进行实际测定，即使在复杂的情况下，也能用很少的计算快速得出肯定性的结论。
# {# J, m" f, q% q2 h4 Y; G! U7 r; m& x各工序机台的输出部分都以一定的速度输出产品，其输出线速度可用测速表直接测定或简易地用转速变换而得。假定某一部件有缺陷而产生周期性不匀，则该部件每回转一周将出现一个周期波。当机台的单位时间输出线速度为V，并同时带有n个周期波不匀，则周期波波长λ=V/n，可得有缺陷部件单位时间的回转数（转速）如下。
( M) K: S3 T: [" I9 ^n=V/λ
$ O! P9 ~; N+ e. V1 F' K. c" ^式中：n——有缺陷部件的转速，r/min；
- B% A! n+ L- w$ wV——机台的输出速度，m/min；
λ——波谱图上的周期波波长，m。
在实际用中，输出速度V可用测速表测出（同时注意对沟槽罗拉做相应修正），周期不匀波波长可从波谱图上直接读出，因此可迅速算出有缺陷部件的转速，然后用测速表来寻找有缺陷的回转部件。
- c8 r6 H4 u' Z
7 z7 T$ U7 K. C; }+ r/ z% w例：
. d' _) U9 m- X! I! Y( a/ p) `FA221B型梳棉机的生条波谱图上所显示的不匀波长为3.94m，梳棉机出条速度为160m/min，道夫直径d为70cm，道夫至输出小压辊间的牵伸倍数E为1.79倍。试分析产生机械波的原因。
引起疵病机件的转速如下。
n=V/λ=160/3.94=40.61r/min
5 G& M- }9 g- X) \: O# _用转速表发现梳棉机上道夫的转速为40.6r/min，因此疵病可能是由道夫因素产生的。经检查，发现道夫表面针布缺损所致。重新包覆针布后生产，再检验生条的波谱图，结果疵病消失，上述假设被证实。
通过计算法计算疵病道夫产生机械波波长如下。
) }$ d2 _: x. ~. G! U* C; Cλ=π·d·E=3.14×70×179=393.44cm≈3.93m
计算所得波长和生条波谱图上所显示的不匀波长相近。两种方法都指出道夫出现疵病。
上述讨论的前提是假设故障部件每转1周产生1次不匀。如果产生K次不匀，此时根据波谱图上机械波的基波“烟囱”位置，可计算得出如下结果。
n<sub>K</sub>=K·V/λ=K·n
$ E9 k% N; ]1 ?2 H& |2 z: V即计算所得的nK是K倍于故障部件的转速。
6 _; \* B  I: W* s' C+ `  K: A$ A
例：
A186F型梳棉机生条波谱图上，在1.8m处出现一个大“烟囱”的机械波。该机出条速度为86m/min，道夫转速为24r/min，试分析产生机械波的原因。
经仔细的分析和排查，故障源自梳棉机道夫在动态下呈椭圆变形，转一转棉网产生2次厚薄不匀。
: U& V; {1 y8 `2 Un=V/(K·λ)=86/(2×1.8)=23.9r/min
) Y# v4 n2 h; s# B* I
例：
A186D型梳棉机生条波谱图在20cm和1.6m处出现两处“烟囱”的机械波。实测有关部件的转速：锡林380r/min，道夫23r/min，剥棉罗拉108r/min，转移罗拉210r/min，上下轧辊260r/min，上下压辊180r/min，输出压辊400r/min，输出压辊直径60mm。试分析发生疵病部件的位置。
# V! V0 C) U5 N3 K2 x计算出条速度如下。
  U0 j& D: m) I/ EV=π·d·n=3.14×60/10×400=7536cm/min
计算可能有故障的部件转速如下。
n<sub>1</sub>=V/λ<sub>1</sub>=7536/20=376.8r/min
: n: {. Y8 d: L7 t2 [$ s. s- |n<sub>2</sub>=V/λ<sub>2</sub>=7536/(1.6×100)=47.1r/min
0 `! B+ o, P) H$ C$ M分析：与n₁相近的部件有锡林、输出压辊；与n₁/2相近的部件有上下压辊，故障原因可能是锡林偏心或针布缺损，输出压辊偏心；也可能是上下压辊椭圆。为了进一步判断原因，进行针对性的模拟试验，即改变锡林转速，结果也作相应的成反比例变化。故确认锡林部位有问题，拆开机器后发现锡林轴有明显磨损痕迹。与n₂/2相近的部件是道夫，故障原因可能是道夫椭圆。
上例说明，机台上任何具有周期性运动的机件，都可以引起波谱图上的周期波。
" `/ P$ q$ f& u: |" k9 l/ H

二、牵伸波分析
分析牵伸波的方法，可先从纱条波谱中找出在正常波长谱上凸出的一部分山峰形高峰处的波长，称为自然平均波长，其值由λm0=K·L公式计算得到。计算所得的λm0值应和实际波谱图山峰形的最高点处波长相对应。当判断波谱图纱条不匀是属于牵伸波，且平均波长又和计算值相一致时，即可在紧接输出点前的牵伸区中寻找毛病，如前罗拉偏心造成浮游纤维变速点波动或胶圈控制不良使纤维浮游动程增加等。
- {  ~7 V$ I( B/ H9 t  \. i# C如在产生严重牵伸波的后工序还有一个或多个牵伸区，则波谱图上的凸出山峰形部分的平均波长也相应要按牵伸倍数增加，即凸出部分按牵伸倍数在波谱图上作相应的右移。此时的平均波长如下。
5 j( F1 O9 Q- A* ]λ_m=λ_m0·E
7 [5 L# b) d' V: t式中：λ_m——波谱图上凸出山峰处波长，cm；
E——造成严重牵伸波的牵伸区至纱条输出点间的总牵伸倍数；
7 ^& c0 T/ g3 F5 h( M$ bλ_m0——工艺不良的牵伸区所直接产生的牵伸波波长。
根据λ_m与λ_m0两式以及纺纱工艺设计，就可以确定波谱图中显著牵伸波的起因位置。
" {" U  b3 ]7 D  B
  |" k0 P+ B. y0 C例：
FA506型细纱机纺制T/C 35/65 18.4tex细纱，其波谱图在6.9cm处有明显牵伸波，条干CV值为15.1%，也比正常值偏大。混合原料纤维的平均长度为2.5cm，细纱机总牵伸倍数为32.5倍，前区牵伸倍数为25倍。试分析产生牵伸波的位置。
- ?3 z- A0 T: Rλ_m0=K·L=2.75×2.5=6.875cm
计算得到的波长与实测值相近，因此可以推断问题出现在细纱机的前牵伸区。
) B2 [6 X" V6 I! u* ~
4 f5 \6 Z  v4 I+ w例：
% Z3 S; x' ?; A/ ?1 N某厂HY491型粗纱机加工纯棉普梳产品，粗纱波谱图上有一个牵伸波，平均波长为42cm。粗纱机总牵伸倍数为6.8倍，前区牵伸倍数为5.5倍。棉纤维平均长度约为2.2cm，试分析产生牵伸波的位置。
" A$ N9 X3 _% Y+ V* v- [, y粗纱的基本波长λ_m0=K·L=3.5×2.2=7.7cm
( c: X5 N9 p; {) v1 \) Y( dE=λ_m/λ_m0=42/7.7=5.45倍
由于粗纱机前区牵伸倍数为5.5倍，因此可认为造成此牵伸波是由于粗纱机后区产生的。
牵伸波产生的原因可结合设备状态进行具体分析。前牵伸区产生牵伸波的主要原因是：罗拉隔距不当，胶圈架位置不对，摇架加压不足，胶圈上销变形，销子开口大小不当等，总之是由于主牵伸区的纤维没得到良好的控制所致。后区产生牵伸波主要原因是：罗拉隔距不当，加压不足，牵伸倍数分配不当等因素有关。
9 v% l3 m( X+ y$ V$ [. L利用波谱图分析纱条不匀，如波谱图同时在长短波长上出现几个烟囱或小山时，一般应按最短波长到最长波长顺序分析。因为波长超过一定长度的疵点，多为前道工序或前几道工序造成；而波长较短的疵点，则为本机造成。以最短波长疵点分析，则可及时在本机上解决问题。在估计机械波对最终产品质量是否有影响时，首先应看其高度（H_p），如下图所示，若H_p≥1/2H_B（基波高度）,则应予重视；若H_p<1/2H_B，则对织物外观可能影响不大。
当机械波出现在一个频道时，可直接用其高度与正常波谱图同一频道波谱高度对比；如机械波连续出现在相邻的两个频道上时，则应将两频道特征峰高相叠加，再与其正常波谱高度对比，以估计其严重性。
利用λ_m0=K·L，在确定正常波谱图最高峰位置的波长后，即可估算出被测试样的平均长度。
3 A9 Y, T4 H. ?3 i造成纱线不匀的原因是多种多样的，在波谱分析时，只有通过大量的实践积累，加上丰富的工艺理论知识，才能得到迅速而正确的分析结果。
: {6 m8 k/ p! N6 V

机械波高度示意图
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